1、化学平衡常数与平衡图像,【明确考纲】,了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。,【课前真题】,1.(2016年四川卷，6T)一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)， 设起始m(H2O)/m(CH4)=Z，在恒压下，平衡时(CH4)的体积分数与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A该反应的焓变H0 B图中Z的大小为a3b C图中X点对应的平衡混合物中m(H2O)/m(CH4) =3 D温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后(CH4)减小,【解析】,选A； A、从图分析，随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减
2、小，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故正确； B、m(H2O)/m(CH4)的比值越大，则甲烷的体积分数越小，故a3b，故错误； C、起始加入量的比值为3，但随着反应的进行甲烷和水是按等物质的量反应，所以到平衡时比值不是3，故错误； D、温度不变时，加压，平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，故错误。,2.(2015年安徽高考)汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)O2(g) 2NO(g)。一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是
3、( ) A温度T下，该反应的平衡常数K4(c0-c1)2/c12 B温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂 D若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该 反应的H0,【课前真题】,【解析】,选A； A项，由曲线a可知，达到平衡时c(N2)c1 molL1，则生成的c(NO)2(c0c1) molL1，故Kc(NO)2/(c(N2)c(O2)4(c0-c1)2/c12。 B项，反应物和产物都是气体，当容器保持恒容时，混合气体的密度始终保持不变。 C项，催化剂的加入只能改变反应速率而不可能使平衡发生移动，故加入催化剂后达到平衡时，c(N2)仍为 c1 m
4、olL1。 D项，若曲线b改变的是温度，根据达到平衡时曲线b对应的时间短，则对应温度高，升高温度时c(N2)减小，平衡正向移动，正反应为吸热反应，H0。,【课前真题】,3.(2016年全国卷II 27T)丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题： (1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下： C3H6(g)NH3(g)1.5 O2(g)= C3H3N(g)3H2O(g) H515 kJmol1 C3H6(g)
5、O2(g)= C3H4O(g)H2O(g) H353 kJmol1两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ； 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件 ； 提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。,(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ，低于460 时，丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_； 高于460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选，填标号)。 A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大 C.副反应增多 D.反应活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约
6、为 ，理由是_， 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。,【解析】,【答案】：(1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度降低压强 催化剂 (2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC (3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1:7.5:1 【解析】：(1)因为两个反应均为放热量大的反应，所以在热力学上趋势均很大；该反应为气体分子数增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。 (2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应该开始进行，尚未达到平衡状态，460以前是建立平衡的过程，所以低
7、于460时，丙烯腈产率不是对应温度下的平衡产率；高于460时，丙烯腈产率降低。A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确。B平衡常数变大，对产率的影响是提高产率才对，错误。C根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确。D反应活化能的大小不影响平衡，错误。 (3)根据图像可知，当n(氨)/n(丙烯)约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+1.5 O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1:1.5:1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料气氨、空气、丙烯的理论体
8、积比约为1:7.5:1 。,【课前真题】,4.(2018年全国卷I 28 节选)(2)F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=时，N2O5(g)完全分解)：已知：2N2O5(g)=N2O4(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol12NO2(g) =N2O4(g) H 2=55.3 kJmol1 则反应N2O5(g)=2NO2(g)+ O2(g)的H=_ kJmol1。,【课前真题】,研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v=2103p N2O5(kPami
9、n1)，t=62 min时，测得体系中pO2=2.9 kPa，则此时的 p N2O5 =_ kPa，v=_ kPamin1。 若提高反应温度至35，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35)_63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是_。 25时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。,【答案】 53.1 30.0 6.0102 大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 13.4 【解析】 根据方程式可知氧气与消耗五氧化二氮的物质的量之比是
10、1:2，又因为压强之比是物质的量之比，所以消耗五氧化二氮减少的压强是2.9kPa25.8kPa，则此时五氧化二氮的压强是35.8kPa5.8kPa30.0kPa，因此此时反应速率v2.0103306.0102(kPamin1)； 由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至35，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35)大于63.1 kPa。根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是63.1kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是35.8kPa271.6 kPa，氧气是35.8kP
11、a217.9 kPa，总压强应该是71.6 kPa+17.9 kPa89.5 kPa，平衡后压强减少了89.5 kPa63.1kPa26.4kPa，所以根据方程式2NO2(g) N2O4(g) 可知平衡时四氧化二氮对应的压强是26.4kPa，二氧化氮对应的压强是71.6 kPa26.4kPa218.8kPa，则反应的平衡常数,【考点归类】,一、化学平衡常数： 1概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。 2表达式 对于反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，K () () (固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入
12、平衡常数表达式中)。,课 堂 精 讲,【考点归类】,3意义 (1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。 (2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 4应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度 一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应,课 堂 精 讲,(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向对于可逆反应：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，浓度商Qc () () 则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。Qc K ：反应向正反应方向进行，v正 v逆 Qc= K ：反应处于化学平衡状态，v
13、正 = v逆 Qc K ：反应向逆反应方向进行，v正 v逆,课 堂 精 讲,(3)判断可逆反应的热效应 升高温度K值增大 正反应为吸热反应，K值减小 正反应为放热反应 降低温度K值增大 正反应为放热反应，K值减小 正反应为吸热反应(4)计算平衡体系中的相关量 根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。,课 堂 精 讲,1题型分类,(1)分析外界条件对反应速率及化学平衡的影响； (2)由图象判断反应特征(确定反应中各物质的化学计量数、判断热效应或气体物质化学计量数的变化关系)； (3)由反应和图象判断图象中坐标或曲线的物理意义； (4)由反应和图象判断符合图象变
14、化的外界条件； (5)由反应判断图象正误等。,二、化学平衡图像分析：,课 堂 精 讲,2解题指导,(1)看图象：一看轴，即纵、横坐标的意义；二看点，即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、转化率变化、物质的量的变化等。 (2)依据图象信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：吸热还是放热，气体计量数增大、减小还是不变，有无固体或纯液体参加或生成等。 (3)先拐先平：在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。 (4)定一议二：勒夏特列原理只适用于一
15、个条件的改变，所以图象中有三个变量时，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。,课 堂 精 讲,【典例剖析】,NO2气体对环境有危害，应特别注意对地表水、土壤、大气和饮用水的污染。在一定温度时，将0.80 mol的NO2气体充入4 L真空的密闭容器中，每隔一段时间就对该容器内的物质进行分析，得到数据如下表所示：(1)在上述条件下，反应从20 s至40 s这一时间段内，NO2的平均反应速率为 molL-1s-1。 (2)n3_n4(填“”、“”或“”)，该反应的平衡常数为 (保留小数点后一位)。 (3)达到平衡后，如向该密闭容器中再充入0.64 mol氦气，并把容器体积扩大为8 L，则平衡将 (选
16、填“向正反应方向移动”、 “向逆反应方向移动”或“不移动”)，其理由是 。,(4)若在相同情况下，最初向该容器中充入的是N2O4气体，要达到上述同样的平衡状态，起始充入N2O4的物质的量是 mol，假设在80 s时达到平衡，请在图中画出并标明该条件下此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线。,(5)取五等份NO2，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分量(NO2%)，并作出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是 。,【答案】,(1)0.001 (2) = ；2.8 (3)向逆反应方向移动；氦气是稀有气体，不参与
17、反应；扩大体积的瞬间，c(NO2)和c(N2O4)均降低为原来一半，使c(N2O4)/c2(NO2)增大，并大于该温度下的平衡常数，平衡左移。 (4)0.40 (5)BD,【技巧点拨】,1.三段式求解反应速率及平衡计算题关键：mA(g)nB(g) pC(g) qD(g)转化(molL-1)x 2.一定温度下，判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向：比较浓度商Qc与平衡常数K大小. 3.在该时间点，此题分三种情况： (1)五种温度下均已平衡：反应放热，温度升高，平衡左移，NO2量增多；选B。 (2)五种温度下均未平衡：温度越高，速率越快，NO2量越少。 (3)温度处于较低范围内未平衡
18、，温度越高，速率越快，NO2量越少；温度处于较高范围内已平衡，反应放热，温度升高，平衡左移，NO2量增多；选D,【变式训练】,“C1化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义 (1)一定温度下，在容积为2L的密闭容器中，发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H= -49.0kJ/mol相关数据如下：若甲中反应10s时达到平衡，则用CO2来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是 mol /(Ls)。,【变式训练】,(2)压强为p1时，向体积为1L
19、的密闭容器中充入b mol CO和2b mol H2，发生反应CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。请回答： 该反应属于 (填“吸”或“放”)热反应； p1 p2(填“”、“”或“=”) 100时， 该反应的平衡常数K= (用含b的代数式表示)。,【变式训练】,(3)治理汽车尾气的反应是2NO(g) + 2CO(g) 2CO2(g) + N2(g) H0。在恒温恒容的密闭容器中通入n(NO)：n(CO) =1：2的混合气体，发生上述反应。下图正确且能说明反应在进行到t1时刻一定达到平衡状态的是 (选填字母)。,【答案】(1)0.03；(2
20、)放；K=1/b2 (3)c d,1.向某密闭容器中加入0.3mol A、0.1mol C和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如下甲图所示。下乙图为平衡体系中速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种条件，所用条件均不同。若t4时刻改变条件是压强，则下列说法错误的是( )A. 若t1=15s，则前15s的平均反应速率 v(C) = 0.004mol/(Ls)B. 该反应的化学方程式是3A(g) B(g) 2C(g)C. t2 、t3 、t5时刻改变的条件分别是升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度D. B的起始物质的量为0.04mol,【课后巩固】,甲,乙,答案：C,
21、2. 在一定条件下，对于反应aA(g)bB(g) cC(g)dD(g)，C的百分含量(C%)与温度、压强的关系如图所示，下列反应的H和S判断正确的是( ) H0 S0 H0 S0 H0 S0 H0 S0,【课后巩固】,答案：A,3. 将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)F(s) 2G(g)。忽略固体体积，平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示 bf 915、2.0 MPa时E的转化率为60% 增大压强，平衡左移 K(1 000)K(810) 上述中正确的有( )A4个 B3个 C2个 D1个,【课后巩固】,答案：A,4. 在某容积一定的密闭容器中，可逆反应A(g
22、)B(g) xC(g)根据图I(T表示温度、p表示压强、C%表示C的体积分数)所示的关系曲线，试判断下列对图II的说法正确的是( ) A. p3p4,y轴表示B的转化率 C. p3p4,y轴表示混合气体中A的浓度,【课后巩固】,答案：D,5(2014山东高考节选)研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)NaCl(s) NaNO3(s)ClNO(g) K1 H10 () 2NO(g)Cl2(g) 2ClNO(g) K2 H20 () (1)4NO2(g)2NaCl(s) 2NaNO3(s)2NO(g)Cl2(g)的平衡常数K_(用K1、K2表示)。,【课后巩固】,(2)为研究不同条件对反应()的影响，在恒温条件下，向2 L 恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min 时反应()达到平衡。测得10 min内v(ClNO)7.5103molL1min1，则平衡后n(Cl2)_mol，NO的转化率1_。其他条件保持不变，反应()在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率2_1(填“”、“”或“”)，平衡常数K2_(填“增大”、“减小”或“不变”)。若要使K2减小，可采取的措施是_。,【课后巩固】,【答案】：(1) 1 2 2 (2)2.5102 75% 不变 升高温度,
